ALMA odhalila tajemství obří kosmické kaňky

ESO 032/16 tisková zpráva

Mezinárodnímu týmu astronomů pracujícímu s radioteleskopem ALMA a s dalšími přístroji se podařilo odhalit skutečnou povahu neobvyklého typu kosmických objektů ve vzdáleném vesmíru, které vědci označují jako Lyman-alpha Blob. Až dosud výzkumníci nechápali, co nutí tyto obří oblaky plynu tak intenzivně zářit. Pomocí ALMA se však nyní podařilo v srdci jednoho takového objektu nalézt dvojici galaxií, ve kterých překotnou rychlostí probíhá formování nových hvězd. A právě tento proces je zodpovědný za intenzivní vyzařování plynu v celém okolí. Dvě mohutné galaxie jsou navíc obklopeny celou skupinou menších. Zdá se tedy, že sledujeme ranou fázi vývoje velké galaktické kupy. Vědci předpokládají, že centrální dvojice galaxií se postupně vyvine v jednu obří eliptickou galaxii.

Objekty označované Lyman-alpha Blob (zkráceně LAB, česky bychom název mohli opsat jako 'skvrnky pozorované ve světle spektrální čáry Lyman-alfa') jsou gigantickými oblaky plynu o rozměrech až stovek tisíc světelných let, které nacházíme ve velkých kosmických vzdálenostech. Název těchto objektů je odvozen od charakteristické vlnové délky ultrafialového záření (spektrální čáry vodíku Lyman-alfa), kterou tyto objekty emitují [1]. Od jejich objevu však byly procesy zodpovědné za vznik těchto útvarů vědeckou záhadou. Nová pozorování získaná pomocí radioteleskopu ALMA by však nyní mohla pomoci tuto hádanku rozluštit.

Jeden z největších známých objektů tohoto typu, a také jeden z nejvíce prozkoumaných, nese katalogové označení LAB-1 (přesněji SSA22-Lyman-alpha blob 1). Leží v centru mohutné kupy galaxií v rané fázi vývoje. Byl objeven v roce 2000 jako první objekt svého druhu a nachází se ve vzdálenosti asi 11,5 miliardy světelných let od nás.

Jim Geach (Centre for Astrophysics Research of the University of Hertfordshire, UK) a jeho tým použili radioteleskop ALMA (Atacama Large Millimeter/Submillimeter Array), který je mimořádně citlivý na záření chladných oblaků prachu ve vzdálených galaxiích, k proniknutí do nitra objektu LAB-1. To jim umožnilo nalézt a rozlišit v nitru oblaku několik zdrojů submilimetrového elektromagnetického záření [2].

Následně vědci zkombinovali data získaná pomocí ALMA se snímky pořízenými přístrojem MUSE (Multi Unit Spectroscopic Explorer), který pracuje ve spojení s dalekohledem ESO/VLT (Very Large Telescope) a umožňuje mapovat rozložení emisí v čáře Lyman alfa. Ukázalo se, že zdroje identifikované v datech ALMA se nacházejí v samotném středu objektu LAB-1 a dochází zde k produkci nových hvězd stokrát vyšší rychlostí, než je tomu v současnosti v naší Galaxii.

Následná pozorování s hlubokým dosahem provedená pomocí kosmického teleskopu HST (NASA/ESA Hubble Space Telescope) a také spektroskopie získaná dalekohledem Keck (W. M. Keck Observatory) dále ukázaly, že zdroje detekované pomocí ALMA jsou obklopeny řadou dalších slabých galaxií. Ty by mohly dodávat do středu seskupení značné množství hmoty a udržovat tak vysoké tempo hvězdotvorby v centrálních galaxiích.

Členové týmu následně přistoupili k sofistikované simulaci formování galaxií. Pokusili se demonstrovat, že existenci obřího oblaku vyzařujícího na vlnových délkách Lyman-alfa je možné vysvětlit tak, že vodíkový plyn v okolí rozptyluje ultrafialové záření emitované při vzniku hvězd ve zdrojích detekovaných pomocí ALMA. Tak patrně vzniká objekt LAB, který pozorujeme.

Jim Geach, vedoucí autor studie, vysvětluje: „Představte si lampu pouličního osvětlení. Když svítí do mlhy, vzniká difúzní záře, protože světlo se rozptyluje na drobných kapičkách. Něco podobného se děje v našem případě. Jenom místo lampy máme galaxii s intenzivními procesy formování hvězd a mlhu představuje mohutný oblak mezigalaktického plynu. Galaxie prostě osvětlují své okolí."

Pochopení mechanismů vzniku a vývoje galaxií je mimořádně náročný úkol a astronomové se domnívají, že objekty LAB zde hrají důležitou roli. Zdá se totiž, že se jedná o oblasti, ve kterých se zrodila většina mohutných galaxií ve vesmíru. Rozptýlené záření na vlnové délce Lyman-alfa poskytuje konkrétně informace o tom, co se dělo s prvotními oblaky plynu obklopujícími mladé galaxie. To je klíčová oblast, která se však velmi obtížně zkoumá.

Jim Geach dodává: „Na těchto útvarech je zajímavé, že díky nim získáváme představu o tom, co se děje v okolí mladých vyvíjejících se galaxií. Původ rozptýleného záření na vlnové délce Lyman-alfa byl po dlouhou dobu kontroverzní. Ale myslím si, že díky kombinaci nových pozorování a nejmodernějších simulací se nám tuto patnáct let starou záhadu podařilo rozluštit: objekt LAB-1 je oblast, kde vzniká mohutná eliptická galaxie, která jednoho dne bude srdcem obří kupy galaxií. A my nyní můžeme vidět záběr z vývojové fáze tohoto systému starý 11,5 miliardy let.“

Zdroj

Poznámky

[1] Elektrony se záporným nábojem se vyskytují kolem pozitivně nabitého jádra atomu v kvantových energetických hladinách. To znamená, že mohou existovat pouze v přesně daných energetických stavech, mezi kterými mohou přecházet pouze získáním nebo ztracením přesně daného množství energie. K emisi záření na vlnové délce čáry Lyman-alfa dojde, když ve vodíkovém atomu sestoupí elektron z druhé nejnižší hladiny na hladinu nejnižší. Přitom je vyzářeno přesně dané množství energie v podobě elektromagnetického záření (fotonu) s příslušnou vlnovou délkou (v tomto případě spadající do oblasti ultrafialového záření). Toto záření mohou astronomové pozorovat pomocí kosmických teleskopů, nebo i ze Země (pouze u objektů, které se nacházejí velmi daleko, v takovém případě je vlnová délka záření přesunuta díky rudému posuvu do oblasti viditelného světla, a to je i případ objektu LAB-1 s rudým posuvem z~3).

[2] Rozlišení je v podstatě schopnost pozorovat, že dva velmi blízké objekty jsou oddělené. Při malém rozlišení se nám skupina jasných zdrojů ve velké vzdálenosti bude zdát jako zdroj jeden. Stejným přístrojem budou objekty pozorovatelné odděleně pouze na menší vzdálenost. Díky vysokému rozlišení radioteleskopu ALMA se v místě, kde byla dříve pozorována jedna skvrna, podařilo detekovat dva samostatné zdroje.

[3] Vědci využili přístroj STIS (Space Telescope Imaging Spectograph) na kosmickém dalekohledu HST (NASA/ESA Hubble Space Telescope) a přístroj MOSFIRE (Multi-Object Spectrometer For Infra-Red Exploration) pracující ve spojení s dalekohledem Keck 1 (Havaj).

Další informace

Výzkum byl prezentován v článku 'ALMA observations of Lyman-α Blob 1: Halo sub-structure illuminated from within' autorů J. Geach a kol., který byl publikován ve vědeckém časopise Astrophysical Journal.

Složení týmu: J. E. Geach (Centre for Astrophysics Research, University of Hertfordshire, Hatfield, UK), D. Narayanan (Department of Physics and Astronomy, Haverford College, Haverford PA, USA; Department of Astronomy, University of Florida, Gainesville FL, USA), Y. Matsuda (National Astronomical Observatory of Japan, Mitaka, Tokyo, Japonsko; The Graduate University for Advanced Studies, Mitaka, Tokyo, Japonsko), M. Hayes (Stockholm University, Department of Astronomy and Oskar Klein Centre for Cosmoparticle Physics, Stockholm, Švédsko), Ll. Mas-Ribas (Institute of Theoretical Astrophysics, University of Oslo, Oslo, Norsko), M. Dijkstra (Institute of Theoretical Astrophysics, University of Oslo, Oslo, Norsko), C. C. Steidel (California Institute of Technology, Pasadena CA, USA), S. C. Chapman (Department of Physics and Atmospheric Science, Dalhousie University, Halifax, Kanada), R. Feldmann (Department of Astronomy, University of California, Berkeley CA, USA), A. Avison (UK ALMA Regional Centre Node; Jodrell Bank Centre for Astrophysics, School of Physics and Astronomy, The University of Manchester, Manchester, UK), O. Agertz (Department of Physics, University of Surrey, Guildford, UK), Y. Ao (National Astronomical Observatory of Japan, Mitaka, Tokyo, Japonsko), M. Birkinshaw (H.H. Wills Physics Laboratory, University of Bristol, Bristol, UK), M. N. Bremer (H.H. Wills Physics Laboratory, University of Bristol, Bristol, UK), D. L. Clements (Astrophysics Group, Imperial College London, Blackett Laboratory, London, UK), H. Dannerbauer (Instituto de Astrofísica de Canarias, La Laguna, Tenerife, Španělsko; Universidad de La Laguna, Astrofísica, La Laguna, Tenerife, Španělsko), D. Farrah (Department of Physics, Virginia Tech, Blacksburg VA, USA), C. M. Harrison (Centre for Extragalactic Astronomy, Department of Physics, Durham University, Durham, UK), M. Kubo (National Astronomical Observatory of Japan, Mitaka, Tokyo, Japonsko), M. J. Michałowski (Institute for Astronomy, University of Edinburgh, Royal Observatory, Edinburgh, UK), D. Scott (Department of Physics & Astronomy, University of British Columbia, Vancouver, Kanada), M. Spaans (Kapteyn Astronomical Institute, University of Groningen, Groningen, Nizozemí), J. Simpson (Institute for Astronomy, University of Edinburgh, Royal Observatory, Edinburgh, UK), A. M. Swinbank (Centre for Extragalactic Astronomy, Department of Physics, Durham University, Durham, UK ), Y. Taniguchi (The Open University of Japan, Chiba, Japonsko), E. van Kampen (ESO, Garching, Německo), P. Van Der Werf (Leiden Observatory, Leiden University, Leiden, Nizozemí), A. Verma (Oxford Astrophysics, Department of Physics, University of Oxford, Oxford, UK) a T. Yamada (Astronomical Institute, Tohoku University, Miyagi, Japonsko).

Astronomická observatoř ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) je mezinárodním partnerským projektem organizací ESO, NSF (US National Science Foundation) a NINS (National Institutes of Natural Sciences) v Japonsku ve spolupráci s Chilskou republikou. ALMA je za členské státy financována ESO, NSF ve spolupráci s NRC (National Research Council of Canada) a NSC (National Science Council of Taiwan) a NINS ve spolupráci s AS (Academia Sinica) na Taiwanu a KASI (Korea Astronomy and Space Science Institute) v Koreji.

Výstavba a provoz observatoře ALMA jsou ze strany Evropy řízeny ESO, ze strany Severní Ameriky NRAO (National Radio Astronomy Observatory), která je řízena AUI (Associated Universities, Inc.), a za východní Asii NAOJ (National Astronomical Observatory of Japan). Spojená observatoř ALMA (JAO, Joint ALMA Observatory) poskytuje jednotné vedení a řízení stavby, plánování a provoz teleskopu ALMA.

ESO je nejvýznamnější mezivládní astronomická organizace Evropy, která v současnosti provozuje jedny z nejproduktivnějších pozemních astronomických observatoří světa. ESO podporuje celkem 16 zemí: Belgie, Brazílie, Česká republika, Dánsko, Finsko, Francie, Itálie, Německo, Nizozemsko, Portugalsko, Rakousko, Španělsko, Švédsko, Švýcarsko, Velká Británie a hostící stát Chile. ESO uskutečňuje ambiciózní program zaměřený na návrh, konstrukci a provoz výkonných pozemních pozorovacích komplexů umožňujících astronomům dosáhnout významných vědeckých objevů. ESO také hraje vedoucí úlohu při podpoře a organizaci celosvětové spolupráce v astronomickém výzkumu. ESO provozuje tři unikátní pozorovací střediska světového významu nacházející se v Chile: La Silla, Paranal a Chajnantor. Na Observatoři Paranal, nejvyspělejší astronomické observatoři světa pro viditelnou oblast, pracuje Velmi velký dalekohled VLT a také dva další přehlídkové teleskopy – VISTA a VST. Dalekohled VISTA pozoruje v infračervené části spektra a je největším přehlídkovým teleskopem na světě, dalekohled VST je největším teleskopem navrženým k prohlídce oblohy ve viditelné oblasti spektra. ESO je významným partnerem revolučního astronomického teleskopu ALMA, největšího astronomického projektu současnosti. Nedaleko Paranalu v oblasti Cero Armazones staví ESO nový dalekohled E-ELT (European Extremely Large optical/near-infrared Telescope), který se stane „největším okem hledícím do vesmíru“.

Odkazy

• Research paper
• Photos of ALMA
• Photos of VLT

Kontakty

Viktor Votruba; národní kontakt; Astronomický ústav AV , Astronomický ústav AV ČR, 251 65 Ondřejov, Česká republika; Email: votruba@physics.muni.cz

Jiří Srba; překlad; Hvězdárna Valašské Meziříčí, p. o., Česká republika; Email: jsrba@astrovm.cz

Jim Geach; Centre for Astrophysics Research, University of Hertfordshire; Hatfield, UK; Email: j.geach@herts.ac.uk

Matthew Hayes; Stockholm University; Stockholm, Sweden; Tel.: +46 (0)8 5537 8521; Email: matthew@astro.su.se

Richard Hook; ESO Public Information Officer; Garching bei München, Germany; Tel.: +49 89 3200 6655; Mobil: +49 151 1537 3591; Email: rhook@eso.org